Star Nature

Напевне багато хто з вас хоч би раз  чув термін «Кембрійський вибух», проте напевне не знали, що це найдавніший період в історії Землі, коли раптово, немов нізвідки на нашій планеті з'явилося життя. Як же все відбувалося насправді?

Про останні відомості, відомі про це далекий період, у своїй книзі «Народження складності. Еволюційна біологія сьогодні: несподівані відкриття і нові питання» писав відомий біолог і популяризатор науки Олександр Марков. Насправді про кембрійський період науці сьогодні відомо дуже мало, адже події, про які ми будемо говорити відбувалися 542 млн років тому. Про більш ранні часи (архейський і протерозойський еони) науці і зовсім - до недавнього часу було майже нічого невідомо. 

Це і зрозуміло, адже докембрійські пласти, дійсно, здаються практично мертвими, в них майже не проглядалися сліди якогось життя. А ось Кембрійський вибух якраз і характеризується різким виникненням найрізноманітніших форм життя, які виникли ніби з нічого. Дарвін свого часу назвав цей період фактом, який не вкладається в його теорію поступових еволюційних змін.

Дарвін тоді не знав, що в період Кембрійського вибуху багато форм живих організмів дуже швидко почали утворювати тверді мінералізовані скелети. Однак, життя в докембрії (криптозої) все-таки існувало, тому його називають періодом «прихованого життя». Науці сьогодні відомо - багато груп тварин, які знаходять в кембрійських товщах, жили і в криптозої. Просто в більшості своїй це були м'якотілі істоти, що не мали твердого панцира або скелета. Але загадка Кембрійського вибуху все одно залишилася, просто тепер розмова йде не про те, що складні форми життя з'явилися з нізвідки, а про те, чому дуже багато з них раптом обзавелися мінеральним скелетом. «Це могло бути пов'язано зі змінами умов середовища. Наприклад, до такого ефекту могло б призвести різке зменшення кислотності води, в наслідок чого карбонат кальцію — найбільш поширений у тварин скелетоутворюючий матеріал — став гірше разчинятися в морскій воді і легше випадати в осад», — пише Олександр Марков. Проте існує і багато інших гіпотез.

Марков розповідає про порівняно недавне дослідження, яке відноситься як до подій, що відбувалися за часів Кембрійського вибуху, так і до порівняльної геноміки, і до ранньої еволюції тварин.

Для того, щоб у тварин з'явилися карбонатні кістяки, недостатньо тільки того, щоб середовище стало сприятливим. Необхідно мати і спеціальні гени і ферменти, за допомогою яких живі організми зуміли б контролювати процес утворення і росту кристалів карбонату кальцію в певних частинах свого тіла і в необхідній кількості. Дуже важливу роль в формуванні таких скелетів мають ферменти карбоангідрази, вони прискорюють реакцію перетворення розчиненого у воді вуглекислого газу в гідрокарбонат приблизно в мільйон разів. Карбоангідрази взагалі дуже поширені в тваринному світі. Крім того, що вони сприяють формуванню скелета, вони виконують і безліч інших функцій.

До недавнього часу було невідомо, коли ж саме і в якій послідовності живі організми обзавелися карбоангидразами. Однак, не так давно австралійські і німецькі фахівці вивчили скелетоутворюючі ферменти у примітивної архаїчної губки, живої викопної форми, яка проживає на нашій планеті вже більше 200 млн років - Astrosclera willeyana. На основі цього дослідження вченим вдалося визначити, що всі численні і різноманітні карбоангідрази тварин походять від одного білка, який був наявний у останнього загального предка всіх тварин.

 Astrosclera willeyana / ©Moorea Biocode

«Останній загальний предок всіх тварин», поза всякими сумнівами, жив задовго до кембрійської скелетної революції. Виходить, що тварини спочатку були добре підготовлені до розвитку мінерального скелета - у них з самого початку були ферменти, здатні різко прискорити утворення карбонату кальцію», - пише Марков. Ймовірно, такі ферменти докембрійські тварини з м'яким тілом використовували не для утворення скелета, а для інших цілей (про те, що карбоангідрази виконують в організмі і інші функції згадувалося вище). Коли ж середовище стало сприяти біомінералізації, різні тварини незалежно один від одного взяли з цього користь для себе, формуючи за допомогою цих ферментів свої скелети і панцири.